宇宙機器のためのトライボコーティング潤滑法を用いた自己修復軸受の開発

2004 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16206018
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 加藤 康司 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50005443)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 足立 幸志 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (10222621) ; BOYKO Stoimenov 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (60361119)
• Keywords: 固体潤滑 / 摩擦制御 / 半永久寿命 / 自己修復 / マイクロヒータ / その場修復 / 摩擦支援 / 移着

Research Abstract

宇宙機器のための全く新しい潤滑法として世界で初めて提案している「超高真空中トライボコーティング法(摩擦支援型蒸着膜形成法)を用いた自己修復軸受け(摩擦状態の自己診断に基づく自己修復機能を有するマイクロヒータとマイクロセンサーを内蔵した玉軸受)の開発を最終目的とする本研究において,1年目の本年は,トライボコーティングのための超小型蒸着源(マイクロヒータ)の設計,製作,評価を行った.得られた主要な結果は以下の通りである.
1.1/4円弧形状のSi基板上に潤滑剤であるInを搭載した3種類のマイクロヒータ(200x200μm,500x500μm,800x800μm)が4個ずつ,合計12個配列された構造:Micro Evaporation Source array (MES array)を設計し,Micro Electro Mechanical Systems (MEMS)を用いてMES arrayが製作可能であることを示した.
2.10^<-6>Paの超高真空中において,200x200μmのサイズのMESは258mWの電力で670℃,500x500μmのサイズのMESは560mWの電力で770℃,800x800μmのサイズのMESは556mwの電力で370℃まで加熱可能であることを実証した.
3.10^<-6>Paの超高真空中において500x500μmのサイズのMESを用いて,供給膜厚10nm(800℃,30sec)のトライボコーティングを玉軸受に施すことで,スラスト荷重50N,回転速度600rpmの条件下で0.005の低摩擦係数が得られることを実証した.
4.薄膜ヒータ下部に10μmのSi薄膜を残すことでヒータの局部的な加熱を防ぐ構造を提案し,加熱温度750℃程度において,トライボコーティング膜を形成する為に十分な16分以上のマイクロヒータの寿命を実現した.